ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


RU (11) 2071628 (13) C1

(51) 6 H02K19/06 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93043689/07 
(22) Дата подачи заявки: 1993.08.30 
(45) Опубликовано: 1997.01.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Жуловян В.В. Основные соотношения и сравнительная оценка синхронных двигателей с электромагнитной редукцией частоты вращения. Электричество, N 8, 1975, с.25-29. 2. Вейнгер А.М. Регулируемый синхронный электропривод.- М.: Энергоатомиздат, 1985, с.138-140, рис.6.2. 
(71) Заявитель(и): Акционерное общество открытого типа "Научно- исследовательский институт электроэнергетики" 
(72) Автор(ы): Вейнгер А.М. 
(73) Патентообладатель(и): Акционерное общество открытого типа "Научно- исследовательский институт электроэнергетики" 

(54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам переменного тока, которые могут использоваться в различных отраслях промышленности как двигатели, в том числе как двигатели регулируемого электропривода, или как генераторы. Изобретение направлено на решение задачи создания электрической машины с электромагнитной редукцией с малой эквивалентной индуктивностью рассеяния статора в вариантах синхронной машины со всеми видами возбуждения, асинхронной машины и машины двойного питания, следствием чего являются улучшенные массогабаритные и энергетические показатели как самих машин, так и электроприводов и энергоустановок с их использованием. В электрической машине переменного тока, содержащей две трехфазные обмотки на статоре, каждая из которых соединена с соответствующей группой внешних зажимов, а одноименные фазные обмотки упомянутых трехфазных обмоток пространственно сдвинуты между собой на 1/6 полюсного деления статора, указанные одноименные фазные обмотки, например, 3 и 6 противовключены к одноименным внешним зажимам А и А каждой из групп А, В, С и А, В, С внешних зажимов, а полюсные деления ротора и статора выполнены разными, то есть, неравными. Указанное выполнение соответствует временному сдвигу между токами одноименных фазных обмоток на 5/12 периода токов статора, а результирующее магнитное поле, создаваемое обмотками статора, содержит только 5-ю и 7-ю пространственные гармоники и не содержит основной гармоники. Представлены примеры выполнения статора и ротора для машин различных типов. 7 з.п. ф-лы, 14 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам переменного тока, которые могут использоваться в различных отраслях промышленности как двигатели, в том числе как двигатели регулируемого электропривода, как генераторы. Электрические машины по изобретению могут быть выполнены в виде машины вращательного движения или линейных машин в вариантах синхронной и асинхронной машин и машины двойного питания.

Известны электрические машины переменного тока с электромагнитной редукцией, в частности синхронные машины, в которых одна из высших пространственных гармоник магнитного поля является рабочей гармоникой [1] Такие машины обладают рядом преимуществ в сравнении с обычными машинами переменного тока, а именно улучшенными массогабаритными показателями, пониженными потерями энергии.

Недостатком таких машин является очень большая эквивалентная индуктивность рассеяния статора. Основная пространственная гармоника магнитного поля играет в таких машинах роль поля рассеяния. Из-за этого невозможна реализация высокоэффективной асинхронной машины с большим моментом. При использовании машины в качестве синхронного генератора большая индуктивность рассеяния определяет его малые возможности по реактивной мощности и по работе от него полупроводниковых преобразователей.

Преимущества указанных машин с электромагнитной редукцией наиболее полно реализуются в синхронных двигателях как с непрерывным управлением, так и в качестве шаговых двигателей. Но и здесь проявляется неблагоприятное влияние значительной эквивалентной индуктивности рассеяния статора. Во-первых, требуется повышенное направление источника питания, особенно в приводах с высокой кратностью максимального момента. Во-вторых, при двухзонном регулировании скорости и верхней зоне имеют место повышенные потери в стали.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является электрическая машина переменного тока, содержащая две трехфазные обмотки на статоре, каждая из которых соединена с соответствующей группой внешних зажимов, при этом одноименные фазные обмотки упомянутых трехфазных обмоток пространственно сдвинуты между собой на 1/6 полюсного деления статора. Схема соединения обмоток соответствует временному сдвигу между токами соответствующих одноименных фазных обмоток на 1/12 периода токов статора. Полюсные деления статора и ротора выполнены равными [2]

Конструктивно указанная машина выполняется в виде синхронного и асинхронного двигателей, синхронного генератора автономной энергоустановки, машины двойного питания.

Статор двигателя нерегулируемого электропривода подключается к сети через трансформатор со схемой соединения Y/Y- и группой соединения 0-1.

В случае регулируемого электропривода статор двигателя подключается к двум трехфазным выходам полупроводникового преобразователя частоты, обеспечивающего временной сдвиг между токами соответствующих фазных обмоток на 1/12 периода токов статора.

При питании указанной известной машины от трехфазной сети или от одного трехфазного выхода преобразователя частоты обмотки статора соединяются по схеме Y-. Если формально использовать понятие группы соединения, аналогично трансформатору, то группа соединения обмоток двигателя в этом случае представляется как 0-11. Число витков фазных обмоток второй трехфазной обмотки статора (соединенной по схеме D) в раз больше, чем первой обмотки. Трехфазные обмотки могут быть подключены к трехфазному источнику последовательно или параллельно.

Указанная известная электрическая машина обладает преимуществами в сравнении с обычными машинами переменного тока в части массогабаритных показателей и потерь энергии. Имеются также дополнительные преимущества в конкретных вариантах выполнения. В регулируемом электроприводе с непосредственным преобразователем частоты уменьшения амплитуда модуляции реактивной мощности. В регулируемом электроприводе с зависимым инвертором тока уменьшена эквивалентная индуктивность контура коммутации, за счет чего возможно повышение коэффициента мощности и кратности максимального момента. Использование известной машины и качестве генератора автономной энергоустановки позволяет выполнить бестрансформаторнык 12-тактные выпрямители или 12-тактные непосредственные преобразователи частоты (например, в системе электродвижения ледокола).

Вместе с тем известная электрическая машина переменного тока не позволяет полностью реализовать преимущества машин с электромагнитной редукцией.

Изобретение направлено на решение задачи создания электрической машины с электромагнитной редукцией с малой эквивалентной индуктивностью рассеяния статора в вариантах синхронной машины со всеми видами возбуждения, асинхронной машины и машины двойного питания, следствием чего являются улучшенные массогабаритные и энергетические показатели как самих машин, так и электроприводов и энергоустановок с их использованием.

Указанная задача решается тем, что в электрической машине переменного тока, содержащей две трехфазные обмотки на статоре, каждая из которых соединена с соответствующей группой внешних зажимов, а одноименные фазные обмотки упомянутых трехфазных обмоток пространственно сдвинуты между собой на 1/6 полюсного деления статора, указанные одноименные фазные обмотки подсоединены к одноименным внешним зажимам каждой из групп внешних зажимов противоположными концами, причем статор и ротор выполнены с разными полюсными делениями.

Указанное соединение соответствует временному сдвигу между токами одноименных фазных обмоток на 5/12 периода токов статора, тогда как в известной машине, принятой за прототип, временной сдвиг составляет 1/12 периода токов статора. По сравнению с прототипом фазные обмотки второй трехфазной обмотки противовключены.

При этом обеспечивается взаимная компенсация пространственных гармоник магнитного поля от двух трехфазных обмоток с номерами:

j 1,12n1 1,11,13,23,25, где n 1,2.

и совпадение пространственных гармоник с номерами:

k 12n-61 5,7,17,19,

В соотношении магнитного поля свойства машины по изобретению противоположны свойствам машины по прототипу, где совпадают гармоники с номерами j и взаимно компенсируются гармоники с номерами k.

С практической точностью можно считать, что результирующее магнитное поле, создаваемое обмотками статора в машине по изобретению содержит только 5-ю и 7-ю пространственные гармоники и не содержит основной гармоники. Это позволяет выполнять машину с электромагнитной редукцией с существенно уменьшенной эквивалентной индуктивностью рассеяния ротора, При этом полюсное деление поля ротора соответствует 5-й или 7-й пространственной гармоники поля статора.

Машина переменного тока с указанной совокупностью существенных признаков возможна в вариантах синхронной и асинхронной машин и машины двойного питания. Выполнение синхронной машины возможно в вариантах с электромагнитным возбуждением с обмоткой возбуждения на роторе, с электромагнитным возбуждением с обмоткой возбуждения на статоре (индукторная машины или машины с когтеобразными полюсами), с возбуждением от постоянных магнитов, с комбинированным возбуждением (от постоянных магнитов и обмотки возбуждения, размещенной на статоре), реактивной синхронной машины.

Электрическая машина переменного тока по изобретению характеризуется следующими частными признаками.

Полюсное деления ротора может быть выполнено как 1/k или как 1/(12n-61) часть полюсного деления статора, где n 1,2, (т.е. 1/5 или 1/7 часть).

Это относится ко всем видам машин переменного тока. В этом случае основная пространственная гармоника поля, создаваемого обмоткой ротора, обмоткой возбуждения или постоянными магнитами, взаимодействует с k-й (5-й или 7-й) гармоникой поля обмотки статора.

При выполнении машины переменного тока в виде синхронной машины с постоянными магнитами или с комбинированным возбуждением одноименные полюсы ротора могут быть соединены ферромагнитными соединительными элементами.

При этом существенно уменьшаются переменные составляющие магнитных потоков через постоянные магниты, неблагоприятные для магнитотвердых материалов.

Электрическая машина переменного тока может быть выполнена с размещением на роторе двух трехфазных обмоток, одноименные фазные обмотки которых пространственно сдвинуты между собой на 1/6 полюсного деления ротора, аналогично статору, а полюсные деления статора и ротора соотносятся между собой как 7/5 или 5/7. Указанное выполнение относится к асинхронной машине и машине двойного питания.

Если машина асинхронная и обмотки ротора короткозамкнуты, а полюсные деления статора и ротора находятся в соотношении 7/5, то 7-я пространственная гармоника магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, имеет такое же полюсное деление, как 5-ая пространственная гармоника поля обмоток ротора. При скольжении ротора относительно 7-ой гармоники поля статора эта гармоника индуктирует в трехфазных обмотках ротора две трехфазные системы токов со сдвигом во времени между токами соответственных фаз на 5/12 периода этих токов. Взаимодействие индуктированных токов ротора с 7-ой пространственной гармоникой поля статора создает момент (усилие) машины.

В электрической машине, содержащей на роторе две трехфазные обмотки, каждая из них может быть соединена с соответствующей группой внешних выводов, одноименные фазные обмотки упомянутых трехфазных обмоток могут быть пространственно сдвинуты между собой на 1/6 полюсного деления ротора и подсоединены к одноименным внешним выводам каждой из групп внешних выводов ротора противоположными концами, причем полюсные деления статора и ротора могут соответствовать между собой как 7/5 или 5/7.

Отмеченное соединение обмоток соответствует машине двойного питания, при этом сдвиг между токами одноименных фазных обмоток составляет 5/12 периода токов ротора.

Аналогично статору обмотка ротора в такой машине создает магнитное поле, в котором практически имеются 5-ая и 7-ая пространственные гармоники. Если полюсные деления статора и ротора находятся в соотношении 7/5, то 5-ая гармоника поля ротора имеет такое же полюсное деление, как 7-ая гармоника поля статора. Взаимодействие этих гармоник обеспечивает функционирование машины. При соотношении 5/7 полюсных делений статора и ротора, 7-ая гармоника поля ротора взаимодействует с 5-ой гармоникой поля статора.

В электрической машине по изобретению на полюсном делении статора могут быть размещены шесть зубцов, а обмотка статора выполнена в виде катушек, расположенных на этих зубцах. Это относится к синхронной и асинхронной машинам и машине двойного питания.

В отличие от машины, принятой за прототип, переход от обычной, например, двухслойной обмотки к обмотке с катушками на зубцах дает проигрыш по суммарному току паза в соотношении 0,966, что искупается выигрышем по длине лобовых частей.

В электрической машине аналогично статору на полюсном делении ротора также могут быть размещены шесть зубцов, а обмотка ротора выполнена в виде катушек, расположенных на этих зубцах.

Электрическая машина с отмеченными выше признаками может иметь обращенную конструкцию.

На фиг. 1 представлена схема электрической машины в варианте синхронной машины с электромагнитным возбуждением, с обмоткой возбуждения на роторе.

На фиг.2 представлена схема подключения обмоток статора к внешним зажимам при питании от двух трехфазных внешних цепей.

На фиг.3 векторная диаграмма токов для схемы подключения машины по фиг. 2.

На фиг.4 представлена схема подключения обмоток статора между собой и к внешним зажимам при питании от одной трехфазной внешней цепи.

На фиг.5 векторная диаграмма токов для схемы подключения машины по фиг. 4.

На фиг.6 представлено выполнение ротора электрической машины в варианте синхронной машины с возбуждением от постоянных магнитов.

На фиг. 7 представлено выполнение фрагмента электрической машины в варианте с трехфазной обмоткой на роторе (асинхронной машине, машины двойного питания).

На фиг. 8 представлено выполнение фрагмента электрической машины в варианте с двумя трехфазными обмотками на статоре и также на роторе, с соотношением полюсных делений статора и ротора 7/5.

На фиг.9 представлено выполнение статора электрической машины в варианте с шестью зубцами на полюсное деление статора и обмоткой в виде катушек, надетых каждая на один зубец.

На фиг. 10 векторные диаграммы токов паза обмотки с катушками на зубцах при временном сдвиге между трехфазными системами на 1/12 периода и при схеме соединения, соответствующей временному сдвигу на 5/12 периода.

На фиг. 11, 12 даны оси электрической машины для основной пространственной гармоники и для 7-ой пространственной гармоники.

На фиг.13 дана диаграмма потокосцепления обмоток статора.

На фиг. 14 дана диаграмма магнитного напряжения воздушного зазора у полюса ротора синхронной машины.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Электрическая машина в варианте синхронной машины с обмоткой возбуждения на роторе содержит статор 1 (фиг.1), ротор 2, фазные обмотки 3-8 статора. Обмотки 3-5 образуют первую трехфазную обмотку, обмотки 6-8 вторую.

Обмотка 6 сдвинута пространственно по отношению к обмотке 3 на 1/6 полюсного деления статора, аналогичный сдвиг имеет место между обмотками 7 и 4, 8 и 5.

На фиг. 1 обозначены условные положительные направления токов катушек. Токи образуют первую трехфазную систему, токи вторую. Соответственные токи, как это принято при питании от двух трехфазных систем, сдвинуты во времени на 1/12 периода, например, ток отстает от тока на 1/12 периода. По сравнению с прототипом условные положительные направления токов в обмотках 6-8 изменены на противоположные. Показанные условные положительные направления токов соответствуют временному сдвигу между токами обмоток 3 и 6, 4 и 7, 5 и 8 на 5/12 периода. По сравнению с прототипом обмотки 6-8 противовключены.

Полюсные деления ротора на фиг.1 составляет 1/7 полюсного деления статора (возможен вариант с 1/5 полюсного деления статора). В прототипе полюсное деление ротора равно полюсному делению статора.

На фиг. 2 показана схема соединения обмоток статора в варианте подключения к двум трехфазным внешним цепям. Здесь обозначены: 9-внешние зажимы A', B', C' и A", B", C". В случае регулируемого электропривода это выходные зажимы преобразователя частоты, в случае нерегулируемого электропривода выходные зажимы трансформатора, в случае генератора зажимы питания автономной электрической сети, к которой подключены 12-тактные выпрямители инверторы. Маркировка зажимов соответствует общепринятому временному сдвигу на 1/12 периода между соответственными напряжениями, например, между линейными напряжениями , и между соответственными токами, например, токами . Это поясняется векторной диаграммой токов внешней цепи, показанной на фиг.3. Здесь ,, и ,, комплексные изображения синусоидальных токов и Сдвиг между соответственными токами на 1/12 периода.

В частном случае, когда 9 выходные зажимы трансформатора, схема и группа соединения трансформатора соответствуют принятым обозначениям, например, , 0-1.

На фиг.2 обозначены условия начала обмоток 3-8 a', b', c' и a", b", c", концы oбмоток х', y', z' и x", y", z". Эти обозначения соответствуют одинаковым обмоткам с пространственным сдвигом по 2/3 полюсного деления между обмотками в каждой тройке 3,4,5 и 6,7,8 и сдвигом на 1/6 полюсного деления между одноименными обмотками 3,6.

Обмотки 3-5 и 6-8 соединены в звезду и подключены к внешним зажимам.

В прототипе начала катушки a', b', c' и a", b", c" подключаются к одноименным внешним зажимам A', B', C' и A", B", C" соответственно. Это соответствует временному сдвигу между токами соответственных обмоток, например, катушек 3 и 6, на 1/12 периода.

В машине по изобретению обмотки 6-8 второй трехфазной обмотки противовключены по сравнению с прототипом: к внешнему зажиму A" подсоединен конец обмотки X", к внешнему зажиму B" подсоединен конец обмотки y", к внешнему зажиму С" подсоединен конец обмотки Z". В результате схема соединения соответствует временному сдвигу не на 1/12- а на 5/12 периода.

На фиг. 4 показана схема соединения обмоток между собой и подсоединения их к внешним зажимам в случае использования одной трехфазной внешней цепи. В этом случае обмотки 6-8 второй трехфазной обмотки имеют число витков в Y/Y- раз больше, чем обмотки 3-5 первой трехфазной обмотки. Обмотки 6-8 второй трехфазной обмотки соединены в треугольник. Этот треугольник подключен к внешним зажимам А, В, С через обмотки 3-5 первой трехфазной обмотки. К зажиму X' конец обмотки 3, подсоединены зажимы x", b" конец обмотки 6 и начало обмотки 7; к зажиму y' концу обмотки 4, подсоединены зажимы y", c" конец обмотки 7 и начало обмотки 8; зажиму Z' концу обмотки 5, подсоединены зажимы Z", a" конец обмотки 8 и начало обмотки 6. Т.е. в отношении внешних зажимов одноименные фазные обмотки двух трехфазных обмоток противовключены.

На фиг.5 показана векторная диаграмма токов для схемы соединения по фиг. 4. Как следует из нее, временной сдвиг между соответствующими токами, например, токами 1/12 периода. Но поскольку обмотка 6,7,8 противовключены, схема соответствует временному сдвигу на 5/12 периода.

Ротор предложенной машины в варианте синхронной машины с возбуждением от постоянных магнитов содержит концентраторы магнитного потока 10 (фиг.6), являющиеся "северными" полюсами ротора, концентраторы магнитного потока 11, являющиеся "южными" полюсами ротора, постоянные магниты 12, ферромагнитные соединительные элементы 13, 14. В данном примере двигателя вращательного движения соединительные элементы выполнены в виде колец. Элемент 13 соединяет "северные" полюсы, элемент 14 "южные".

Вариант машины с трехфазной обмоткой на статоре представлен на фиг.7 (фрагмент, соответствующий 1/3 полюсного деления статора). Здесь дополнительно обозначены 15,16,17 катушки обмотки ротора. Как и на фиг.1, полюсное деление ротора составляет 1/7 полюсного деления статора. Обмотка ротора обычная трехфазная обмотка, соответствующая полюсному делению ротора. Этот вариант относится к асинхронной машине и к машине двойного питания. В асинхронной машине трехфазная обмотка ротора может быть короткозамкнута в пределах ротора.

Вариант машины с двумя трехфазными обмотками не только на статоре, но и на роторе, с соотношением полюсных делений статора и ротора 7/5 представлен на фиг.8 (показан фрагмент машины в линейной развертке). Здесь дополнительно обозначены: 18,19,20 катушки первой трехфазной обмотки ротора, 21,22,23 - катушки второй трехфазной обмотки. Также обозначено полюсное деление рабочей гармоники магнитного поля.

Обмотки ротора аналогичны обмоткам статора и отличаются лишь полюсными делениями.

Этот вариант относится к асинхронной машине и машине двойного питания. В случае асинхронной машины трехфазные обмотки могут быть короткозамкнуты в пределах ротора. В случае машины двойного питания схема соединения обмоток между собой и с внешними зажимами аналогична схеме для статора, по вариантам фиг.2,4.

На фиг.9 показан разрез статора предлагаемой машины в варианте с шестью зубцами на полюсном делении и с обмоткой в виде катушки, надетых на один зубец. Сохранены обозначения фиг.1. Соединение катушек между собой и с внешними зажимами соответствует вариантам фиг.2,4.

Функционирование электрической машины по изобретению основано на использовании 5-ой или 7-ой пространственно гармоники магнитного поля, создаваемого токами статора.

На фиг.11 показаны оси предлагаемой машины для основной гармоники поля: оси обмоток A', B', C' и A", B", C", ортогональных оси , a. Обозначено произвольное радиальное направление r и угол b между этим направлением и осью c. Рассматривается магнитное напряжение зазора по направлению r от токов статора как функция угла a. Эта зависимость характеризует пространственное распределение магнитного поля, создаваемого токами статора.

Магнитное поле от действия одного тока, например, тока c, можно в первом приближении представить рядом нечетных гармоник:

(1)

Аналогично выражаются через токи и угол магнитные напряжения от остальных токов.

Токи двух трехфазных систем при определенных ограничениях выражаются через проекции , is is изображающего вектора токов:



Результирующее магнитное напряжение от токов статора имеет следующий вид:



Гармоники магнитного напряжения:



Таким образом, как и указывалось, основная гармоника отсутствует, преобладающими являются 5-ая и 7-ая гармоники.

На фиг. 12 показаны оси обмоток с отсчетом электрических углов относительно полюсного деления ротора для электрической машины по фиг.1, где полюсное деление ротора 1/7 полюсного деления статора. На фиг.11 сдвиг между осями A', A" составляет 1= 7/6, на фиг.12 сдвиг между этими осями:

71=77/6= 32+/6

Угол между осями A', B' на фиг.11 составляет 2= 2/3..

На фиг.12 угол между этими осями:

72=72/3= 22+2/3..

Таким образом, в электрических углах поля ротора оси машины соответствует сдвоенной трехфазной системы.

На фиг. 13 показана диаграмма потокосцепления обмоток машины , , как функций электрического угла поворота (перемешивания) ротора, Сдвиг во времени между потокосцеплениями , 1/3 периода, между , 1/12 периода. Взаимодействие результирующего магнитного поля, представленного этими диаграммами, с токами статора, создает вращающий момент (усилие) машины.

В синхронной машине магнитное напряжение воздушного зазора у каждого полюса ротора содержит, помимо постоянной, также переменную составляющую. На фиг. 14 показана диаграмма магнитного напряжения как функции электрического угла поворота ротора. Показан частный случай, когда ток статора содержит только поперечную составляющую, изображающий вектор тока статора направлен по поперечной оси.

Переменная составляющая магнитного напряжения зазора у полюса имеет частоту 12/7,, то есть более высокую, чем частота токов статора. Это магнитное напряжение создает переменную составляющую потока полюса. В случае синхронной машины с постоянными магнитами для определенных магнитных материалов нежелательна переменная составляющая в потоке магнита. Чтобы эта переменная составляющая не проходила через постоянный магнит, в данном варианте машины предлагаются ферромагнитные соединительные элементы (фиг.6), которые соединяют одноименные полюсы ротора и пропускают переменные составляющие магнитных потоков.

В варианте машины с фазным ротором, показанном на фиг.7, трехфазная система токов ротора ira, irb, irc или индуктируется за счет скольжения в случае асинхронной машины, или обеспечивается внешним трезфазным источником в случае машины двойного питания.

В электрической машине с фазным ротором по фиг.8 рабочими гармониками являются 7-ая гармоника поля статора и 5-ая гармоника поля ротора. Эти гармоники имеют одно и то же полюсное деление . Соответственно полюсное деление обмотки статора ts=7, и полюсное деление обмотки ротора, r=5.. Обмотки статора и ротора имеют разное число полюсов, соотношение чисел полюсов Ps/Pr 5/7, например, число полюсов обмотки статора 2ps 10 и число полюсов обмотки ротора 2pr 14. В этом варианте машины возможно уменьшить потери энергии не только в обмотке статора, но также и в обмотке ротора, поскольку и для ротора имеет место электромагнитная редукция.

Обмотка статора с катушками на каждом зубце, показанном на фиг.9, в классической электрической машине неэффективна. Например, в машине со сдвоенной трехфазной обмоткой с шестью зубцами на полюсном деления токи смежных катушек сдвинуты во времени на 1/12 периода, комплексный ток паза:



Как следует из векторной диаграммы фиг.10, амплитуда суммарного тока паза:



где Im амплитуда фазного тока, число витков катушек.

В предлагаемой машине токи смежных катушек сдвинуты на 5/12 периода. Суммарный ток паза:



и, как следует из векторной диаграммы фиг.10, амплитуда суммарного тока паза:



Амплитуда суммарного тока паза для нормальной, например, двухслойной, обмотки при прочих равных условиях:

Iпm= 2Im.

Таким образом, обмотка с катушками на каждом зубце для классической машины дает проигрыш по сравнению с нормальной обмоткой в соотношении:



Для предлагаемой машины имеет место проигрыш в соотношении:



Это незначительный проигрыш, и он вполне перекрывается выигрышем за счет сокращения длины лобовых частей.

Такое же исполнение обмотки целесообразно и для варианта электрической машины с двумя трехфазными обмотками на роторе.

Использование обращенной конструкции машины с переменой местами статора и ротора имеем наибольший смысл для варианта синхронной машины с электромагнитным возбуждением (обычная конструкция такой машины показана на фиг.1).

Обращенная конструкция целесообразна в некоторых случаях и для классической синхронной машины. Так, в двигателе высокодинамичного электропривода обращенная конструкция дает преимущества в отношении момента инерции и механической надежности. В предлагаемой машине обращенная конструкция дает дополнительное преимущество, так как мощность потерь в обмотке якоря, благодаря использованию электромагнитной редукции, гораздо меньше, чем мощность потерь в обмотке возбуждения. При обращенной конструкции обмотка возбуждения неподвижна, поэтому проще решается задача водяного охлаждения, что позволяет расширить область применения такой машины.

Реализация предлагаемой машины возможна при известных технологиях изготовления электрических машин и использовании известных материалов.

Таким образом предложенное соединение обмоток между собой и с внешними зажимами, а также выполнение полюсных делений статора и ротора в определенном соотношении обеспечивает достижение поставленной цели по созданию электрических машин переменного тока с электромагнитной редукцией с малой эквивалентной индуктивностью рассеяния статора, что существенно улучшает массогабаритные и энергетические показатели созданных на их основе электроприводов и энергоустановок. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Электрическая машина переменного тока, содержащая статор с двумя размещенными на нем трехфазными обмотками и ротор, причем каждая из упомянутых трехфазных обмоток статора соединена с соответствующей группой внешних зажимов, а одноименные фазные обмотки пространственно сдвинуты между собой на 1/6 полюсного деления статора, отличающаяся тем, что одноименные фазные обмотки упомянутых трехфазных обмоток статора подсоединены к одноименным внешним зажимам каждой из групп внешних зажимов противоположными концами, причем статор и ротор имеют разные полюсные деления.

2. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что полюсное деление ротора выполнено как 1/(12n 61) часть полюсного деления статора, где n=1,2.

3. Электрическая машина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что выполнена в виде синхронной машины с постоянными магнитами, при этом одноименные полюсы ротора соединены ферромагнитными соединительными элементами.

4. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что на роторе размещены две трехфазные обмотки, каждая из которых соединена с соответствующей группой внешних выводов, причем одноименные фазные обмотки пространственно сдвинуты между собой на 1/6 полюсного деления ротора, а полюсные деления статора и ротора соотносятся между собой как 7/5 или 5/7.

5. Электрическая машина по п.4, отличающаяся тем, что обмотки ротора короткозамкнуты.

6. Электрическая машина по п.4, отличающаяся тем, что одноименные фазные обмотки трехфазных обмоток ротора подсоединены к одноименным внешним выводам каждой из групп внешних выводов ротора противоположными концами.

7. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что на полюсном делении статора размещены шесть зубцов, а обмотка статора выполнена в виде катушек, расположенных на этих зубцах.

8. Электрическая машина по п.4, отличающаяся тем, что на полюсном делении ротора размещены шесть зубцов, а обмотка ротора выполнена в виде катушек, расположенных на этих зубцах.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru